淺析變頻器在電機拖動及其控制領域的應用

玉門油田乍得有限責任公司 魏 冬

1 變頻器的作用、工作原理及基本功能

1.1 變頻器的作用

在新時代電氣自動化技術以及其控制領域快速發展的新形勢下，變頻器的作用在電力系統發揮著更加重要的作用，其可實現工作頻率的轉換，將其轉換為各種頻率的交感電流。其作用主要集中在兩方面：直接作用是調節電機的電壓和頻率，從而可有效調節在一定范圍內電機的運行速度；間接作用往往應用于節能節電上，從而進一步促進電力自動化。節能節電具體表現在利用變頻器進行調速，適當的調節風機泵類等的傳入流量，這樣做可從兩方面進行，一是可達到電機的多個基本要求，另一方面就是降低電耗，從而達到節能環保目的。

變頻器工作原理較簡單，只需通過主電路給各個次級的電路提供調壓后的電力，其應用類型主要有變壓型變頻器和電流型變頻器。變壓型具體來說是將電壓源的直流交換為交流的變頻器，電流型是將電流源直流轉變為交流的變頻器。變頻器的主要結構是整流器、平波回路及逆變器三部分，其中整流器的作用在于實現工作頻率的轉換、將交流變直流，平波回路的作用是反映和控制在整流器和逆變器中的電壓波動，而逆變器的作用是將直流功率轉化為交感功率[1]。具體來說，變頻器的作用就是實現電流以及電壓的轉化，從而保障電力資源的平穩供應。

1.2 變頻器的基本功能

變頻調速。變頻器可有效改變電動機電源的頻率和幅值，進一步改變交流電機的磁場運轉周期，從而可有效控制電動機設備的轉速，其主要功能在于可使電動機零速啟動，并可根據自身實際需求對運行速度進行調整，選擇不同的加速曲線進行均勻加速，進一步滿足不同用戶的實際需求[2]。

變頻節能。變頻器的節能作用集中在風機以及水泵的應用上。一般各種機械設備在運行時為保障機械設備的應用效果往往會預留出一些富余量，從而保障機械設備的安全生產。但這種預留量會在機械設備運行過程中增加電機功率的損耗，從而出現不必要的浪費現象。這時變頻器的重要性就得到了充分體現，其可有效調節變頻調速，從而降低泵機或風機的轉速，從而滿足實際的需求，避免出現資源浪費現象，滿足新時期生產的實際需求，促進相關產業的發展。

功率因素補償節能。電機的空功率運行會帶來電機自身的巨大損耗，嚴重影響相關機械設備的平穩運行，變頻機可在其中發揮濾波電容的作用，有效地對電路內部的無功損耗進行補償，進一步增加電網輸出的有功功率，從而在降低電力設備損耗的同時保證電力系統的平穩供應。

軟起動功能。隨著技術水平的提升，異步電動機在相關領域取得了較廣泛應用，但這種電動機的全壓啟動會對電網造成嚴重沖擊，對電網的負荷量和容量具有較高要求。這種電動機的啟動電流會對線路內部的設備及線路造成沖擊，從而使得相關設備容易受到損耗，嚴重影響設備的效率，這時就需充分利用變頻機的軟起動功能，變頻設備的軟起動功能可有效限制變壓器的電流，從而減輕電流對電網造成的沖擊。此外這種功能還可有效地擴容電容量，有效地延長機械設備的實際使用壽命。

其他功能。除上述功能外，變頻器的作用還有過流保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護及瞬時保護的作用[3]，保障電網的平穩供應，促進我國電網的發展，保障我國電力資源的平穩供應，促進我國信息化時代經濟的發展。

2 變頻調速技術在電機拖動中的應用

電力資源的廣泛應用和家用電器數量的顯著增加使得變頻調速技術得到廣泛應用。當前變頻調速技術已衍生出各種控制方式，如直接轉矩控制是一種利用變頻器控制三相馬達、從而實現轉矩的方式。直接轉矩控制往往是用轉矩為中心進行綜合控制以及矢量控制。所謂矢量控制所指的是將磁鏈和轉矩解耦，從而可分別設計兩種不同的調節器，實現交流電流的高性能調速。當前這兩種變頻技術是最為常見的，而在實際進行生產時，這種變頻調速技術主要兩方面取得較廣泛的應用：首先是利用這種變頻調速技術可有效發揮無功補償原理的作用，第二是設置變頻器負載的標準，從而保障安全生產，保障變頻器可安全有效發揮作用。

如對這兩個概念進一步延伸，可從具體的概念入手。所謂的無功補償指的是在電網系統中安裝無功補償的相應設備，利用這種設備可減少電網電源向感性負荷的提供。這種模式下無功功率的傳輸依靠的是線路運輸，從而降低由于無功功率運輸對變壓器和線路造成的損耗。變頻器嚴格來說屬于半導體，具有半導體普遍的個性，即發熱時間較短，如發熱的熱量高于額定熱量將使電路運行帶來問題，因此在變頻器應用過程中須嚴格按照變頻器自身規定的負載條件以及標準。具體就變頻器在電機拖動中的應用進行分析可延伸出以下概念：電機拖動是一種現代機械的有效生產方式，具體工作原理是利用電動機作為原動機拖動生產機械進行生產的方式。這種生產方式的組成主要有四個部分，即電動機、工作機構、控制設備以及電源。

此外，電機全壓啟動時會使電路內部的電流量顯著增加，而瞬間電流量的增加使得電機內部受到了沖擊，會造成電機內部元件的損耗及嚴重影響電機使用壽命。因此變頻器的作用就得到了有效發揮，可降低在電機啟動瞬間的額定電流，使啟動電流可實現從零開始然后上升到額定值的過程，并可利用變頻器對這個過程的速度進行有效管控，進一步減小電機啟動時對電路造成的不良影響，避免了功率浪費現象，大大延長了電機使用壽命。

變頻器的應用絕非十分完美，最顯著的問題是如何建立準確的磁通觀測器及速度觀測器。這兩種設備的使用需建立比較精確的數據模型，而建立模型的前提在于預知電機定子和轉子的電阻、電感、鐵心飽和系數等諸多較關鍵參數，這對于變頻器的有效應用帶來較大困難。現階段使用的變頻器一般配備相應的自動調整功能，從而可自動對相關系數進行核對及校準，保障實際應用的效果。

自動調整功能實際上涉及各個環節，其相關功能組成包括長線調整功能、停止型調整功能、空載旋轉型調整功能與帶負載在線自動調整功能等多種。長線調整用于電樞連接線與定子的測試與設定；停止型調整可通過計算電力在靜態勵磁情況下的電壓和電流的實際情況，從而有效的獲得一些基本參數，保障后續工作的進行；旋轉型調整可利用不同轉速下設備的運行情況，根據電壓電流等參數的變化規律取得比較準確的參數；在線自動調整功能可完成更多參數的測定，包括電路內部的負載慣量，從而制定出更加精確的模型，進一步保障后續工作的順利進行[4]。變頻器主要的應用在于保障整個系統的平穩運行，因此具有較廣的應用前景。

3 變頻器在電機拖動以及控制領域的認知誤區

變頻器在機械設備中應用較廣，但這種設備自身存在復雜性，使不少人在使用變頻機進行工作時無法準確掌握其實質應用的效果，嚴重影響其實際應用的效果。在應用變頻器時，由于其技術的復雜性及控制方式的多樣性很容易陷入誤區之中，不少工作人員覺得只要電力中應用變頻器便可有效節省電力資源。但根據物理學原理中的能量守恒定律可知，能量是不能隨意消失或出現的，只能根據相應的能量守恒定律實現能量的轉換，從一種能量轉換為另一種形式，由此可見變頻器并非萬能，它有屬于自己的實際應用范圍，無法在各個領域都全面發揮作用。因此在應用變頻器進行工作時，一定要嚴格按照其應用范圍和使用方法進行，從而進一步保障變頻器應用的效果，使其作用可以完全發揮。

綜上，隨著我國經濟的發展和技術水平的提升，電力資源在日常生活及生產中發揮著更加重要的作用。變頻器以及其相關的技術在電機拖動技術以及控制領域具有較好的應用前景，但在實際應用過程中難免會由于變頻器自身的特殊性和復雜性使得相關部門在使用時很容易陷入誤區，因此需要不斷對技術進行更新，實現變頻技術的有效應用。